Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие и способ испытаний на смятие



Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие и способ испытаний на смятие
Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие и способ испытаний на смятие
Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие и способ испытаний на смятие
Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие и способ испытаний на смятие

 


Владельцы патента RU 2618489:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к устройствам и методам механических испытаний образцов конструкционных материалов и может быть использовано для определения характеристик сопротивления смятию. Устройство содержит две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, в каждой нагружающей раме выполнено отверстие, в которое вставлен сминающий цилиндрический штифт, нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с обеспечением минимального зазора для свободного перемещения образца относительно рам, образец соответствует ASTM Е238. На нижнем краю отверстия в образце с обеих сторон образца устанавливают ножи с зубцами, закрепленные в прижимах, стянутых между собой болтами. Конструктивно обеспечивается независимое перемещение прижимов с ножами относительно нагружающих рам. Датчик раскрытия устанавливается на кромках сминающего цилиндрического штифта и прижима. Сущность: овализация отверстия в процессе испытаний регистрируется по перемещению прижимов, закрепленных с помощью ножей на нижнем краю отверстия относительно неподвижного сминающего штифта. При этом замер деформации отверстия обеспечивается в процессе испытаний непосредственно на контуре отверстия. Технический результат: увеличение точности измерения и упрощение конструкции устройства 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам и методам механических испытаний образцов конструкционных материалов и может быть использовано для определения характеристик сопротивления смятию.

Испытания на смятие проводятся на образцах, имитирующих элемент конструкции с отверстием под крепежную деталь (болт, заклепка). При испытаниях на смятие получают данные по сопротивлению смятию листового образца при нагружении через отверстие, расположенное вблизи края образца, с помощью гладкой шпильки.

Из уровня техники известно устройство для испытаний на смятие, описанное в патенте US 5379647 A, опубл. 10.01.1995, G01N 3/06, которое предназначено для замера деформации отверстия при смятии по перемещению расположенного над нагружающей шпилькой торца образца относительно шпильки.

К недостаткам данного устройства следует отнести то, что деформация отверстия определяется косвенным методом, а также чрезмерно высокую конструктивную сложность данного устройства.

Известно устройство для испытаний на смятие, описанное в стандарте ASTM Е 238. Принцип работы устройства состоит в том, что для замера деформации отверстия на образец устанавливается специальное приспособление, которое крепится к образцу с помощью двух прижимных винтов в районе верхнего торца образца.

К недостаткам данного устройства необходимо отнести то, что деформация отверстия определяется косвенным методом, при этом участок образца, относительно которого производится замер деформации, в процессе нагружения находится в сложно-деформированном состоянии и перемещается относительно нижнего края отверстия, что влияет на точность полученных результатов.

Ближайшим аналогом заявленного технического решения является устройство для испытания прочностных свойств конструкционных материалов, содержащее две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, две нагружающие рамы, установленные в нижнем захвате испытательной машины, при этом в каждой нагружающей раме выполнено отверстие, в которое вставлен сминающий цилиндрический штифт, выступающий над нагружающей рамой на 0,05-0,1 диаметра. Каждая пара нагружающих рам зафиксирована между собой направляющими штифтами и упругими элементами с возможностью регламентированного усилия прижатия, а также зажимами, на горизонтальной части нагружающих рам с внутренней стороны до середины сминающего цилиндрического штифта выполнен выступ с гладкой поверхностью. Образец с прикрепленными прижимными винтами упорами имеет два одинаковых отверстия под сминающие цилиндрические штифты, расположенные одно от другого на расстоянии не менее чем три ширины образца. В качестве датчика деформации используются два датчика раскрытия, которые установлены в каждой паре нагружающих рам между сминающими цилиндрическими штифтами, выступающими над нагружающими рамами, и упорами, прикрепленными к образцу (RU №102801, опубл. 10.03.2011, G01N 3/00).

К недостаткам ближайшего аналога относится то, что замер деформации отверстия производится относительно упора, закрепляемого прижимными винтами на углах испытываемого образца аналогично устройству, описанному в ASTM Е 238.

Способ испытаний на смятие с использованием ближайшего аналога состоит в том, что в процессе нагружения специального образца с отверстием с помощью вставленного в отверстие нагружающего штифта возникает упруго-пластическая деформация (овализация) отверстия, которая регистрируется датчиком деформации (раскрытия), установленным между нагружающим штифтом и специальным упором, закрепленным прижимными винтами на угловых участках образца вблизи верхнего торца на удалении от отверстия. В процессе испытаний определяют напряжения в образце, соответствующие определенной степени овализации отверстия. При этом считается, что упруго-пластическая деформация (овализация) образца локализована в узкой области между верхним краем отверстия и торцом образца, а на участках образца в зоне нижнего края отверстия, а также над отверстием вблизи углов образца (место крепления упора) деформация мала и ею можно пренебречь. Данное предположение вносит погрешность в оценку степени овализации отверстия, что является недостатком данного способа испытаний.

Технической задачей является создание устройства и способа для испытаний на смятие образцов, соответствующих стандарту ASTM Е238, позволяющего проводить прямое измерение овализации отверстия в процессе испытаний на смятие.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является увеличение точности измерения за счет исключения из результатов определения овализации отверстия систематической ошибки, связанной с косвенным измерением величины овализации по перемещению нагружающего стержня относительно упора, закрепленного в углах образца, упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие, содержит две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, и сминающий цилиндрический штифт.Включает ножи с зубцами, установленные на нижнем краю отверстия в образце и закрепленные в прижимах, стянутых между собой болтами. В нагружающих рамах выполнены сквозные пазы для перемещения ножей. Сминающий цилиндрический штифт имеет треугольный паз для установки датчика деформации. Нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с возможностью свободного перемещения образца относительно рам.

В варианте исполнения ножи прижимов с помощью зубцов фиксируются на кромках отверстия с обеих сторон образца.

В варианте исполнения ножи входят в соответствующие сквозные пазы нагружающих рам.

В варианте исполнения болты, стягивающие прижимы между собой, располагаются за пределами габаритов нагружающих рам.

Заявлен также способ испытаний конструкционных материалов на смятие, включающий нагружение стандартного, соответствующего ASTM Е238 образца с отверстием, сопровождающийся овализацией отверстия регистрируемой датчиком деформации, при этом овализация отверстия оценивается по возникающему в процессе испытаний смещению прижимов, закрепленных с помощью ножей на нижнем краю отверстия в образце, относительно сминающего цилиндрического штифта, определение величины овализации отверстия производится по взаимному перемещению противоположных краев отверстия образца.

Конструктивно обеспечивается минимизация деформаций штифта в процессе испытаний за счет выбора материала штифта с высоким модулем упругости и использования минимальных зазоров между штифтом и отверстиями в нагружающих рамах, а также между нагружающими рамами и образцом.

На фигурах изображено:

Фиг. 1 - устройство для испытаний на смятие,

Фиг. 2 - нагружающая рама,

Фиг. 3 – ножи,

Фиг. 4 – прижим,

Фиг. 5 - устройство в сборе.

Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие (фиг. 1) включает две нагружающие рамы 2, установленные в верхнем захвате испытательной машины, при этом в каждой нагружающей раме выполнено отверстие, в которое вставлен сминающий цилиндрический штифт 3. Сминающий цилиндрический штифт выполнен с треугольным пазом для установки датчика деформации 6. Нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с обеспечением зазора между рамами и образцом 0,2-0,3 мм. Образец 1 соответствующий международному стандарту сертификации и метрологии ASTM Е238 имеет отверстие под сминающий штифт, соответствующее форме штифта. Для измерения деформации отверстия на нижнем краю отверстия с обеих сторон образца устанавливают ножи 5 с зубцами для фиксации на кромках отверстия. Ножи 5 закреплены в прижимах 4, стянутых между собой болтами, что обеспечивает врезание зубцов в образец на кромках отверстия и надежную фиксацию прижимов с ножами на образце. Ножи входят в соответствующие сквозные пазы 8 нагружающих рам с зазором. Болты, стягивающие прижимы между собой, располагаются за пределами габаритов нагружающих рам.

В качестве датчика деформации может использоваться датчик раскрытия, который установлен на кромках треугольных пазов сминающего штифта и прижима. Приложение нагрузки к образцу возможно осуществить двумя способами: либо непосредственно к образцу, зажимая его в захвате испытательной машины, либо с использованием аналогичного устройства с противоположной стороны образца.

Принцип работы устройства (фиг. 1) заключается в том, что при перемещении нижнего захвата 7 испытательной машины вниз в образце 1 возникает усилие, которое через сминающий штифт 3 передается на нагружающие рамы 2 (фиг. 2) и далее на верхний захват и силоизмерительный датчик испытательной машины (не показаны). В результате этого нижний край отверстия образца начинает смещаться вниз, в направлении перемещения нижнего захвата 7, при этом сминающий штифт 3, контактирующий с верхним краем отверстия в образце, неподвижен, а само отверстие образца приобретает овальную форму. При смещении нижнего края отверстия вниз, закрепленные на нем ножи 5 (фиг. 3) вместе с прижимами 4 (фиг. 4) также смещаются вниз. Датчик раскрытия 6, установленный между пазами сминающего штифта 3 и прижима 4, регистрирует величину перемещения прижима 4 относительно неподвижного сминающего штифта 3. Таким образом, определение величины овализации отверстия образца производится по взаимному перемещению противоположных краев отверстия образца. Данное перемещение определяет величину овализации отверстия при данной нагрузке.

Способ испытаний на смятие с использованием предложенного устройства состоит в том, что в процессе нагружения стандартного, соответствующего ASTM Е238, образца с отверстием с помощью вставленного в отверстие сминающего штифта возникает упругопластическая деформация (овализация) отверстия, которая регистрируется датчиком деформации, установленным между сминающим цилиндрическим штифтом и прижимами, закрепленными с помощью ножей на нижнем краю отверстия. При этом конструктивно обеспечивается минимизация деформаций штифта в процессе испытаний за счет выбора материала штифта с высоким модулем упругости и использования минимальных зазоров между штифтом и отверстиями в нагружающих рамах, а также между нагружающими рамами и образцом.

При использовании заявленного способа замер деформации отверстия в процессе испытаний производится непосредственно на контуре отверстия образца.

1. Устройство для испытаний конструкционных материалов на смятие, содержащее две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, и сминающий цилиндрический штифт, отличающееся тем, что включает ножи с зубцами, установленные на нижнем краю отверстия в образце и закрепленные в прижимах, стянутых между собой болтами, в нагружающих рамах выполнены сквозные пазы для перемещения ножей, сминающий цилиндрический штифт имеет треугольный паз для установки датчика деформации, при этом нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с возможностью свободного перемещения образца относительно рам.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ножи прижимов с помощью зубцов фиксируются на кромках отверстия с обеих сторон образца.

3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что ножи входят в соответствующие сквозные пазы нагружающих рам.

4. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что болты, стягивающие прижимы между собой, располагаются за пределами габаритов нагружающих рам.

5. Способ испытаний конструкционных материалов на смятие, включающий нагружение стандартного, соответствующего ASTM Е238, образца с отверстием, сопровождающийся овализацией отверстия регистрируемой датчиком деформации, отличающийся тем, что овализация отверстия оценивается по возникающему в процессе испытаний смещению прижимов, закрепленных с помощью ножей на нижнем краю отверстия в образце, относительно сминающего цилиндрического штифта, при этом определение величины овализации отверстия производится по взаимному перемещению противоположных краев отверстия образца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к установкам для высокоскоростного испытания материалов. Устройство содержит два электромагнитных силовозбудителя, подключенных к накопителю энергии, две соосно установленные тяги для передачи усилий образцу и аппаратуру для наблюдения режима деформирования образца.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к устройствам для исследования механических свойств материалов с малым поперечным сечением, предпочтительно высокоэластичных нитей.

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения удельного и эквивалентного сцепления в структурированном и нарушенном состоянии.

Изобретение относится к области определения остаточного напряжения путем инструментального индентирования. Сущность: осуществляют приложение к образцу одноосного напряжения, двуосного напряжения и одинакового по всем направлениям напряжения, а затем выполнение инструментального индентирования с использованием индентора, вычисление наибольшей глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца путем подстановки в формулу для вычисления максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии фактической глубины контакта в ненапряженном состоянии, полученной из фактической глубины контакта индентора, и максимальной глубины вдавливания индентора и результирующей глубины отпечатка индентора при приложении максимального вдавливающего усилия L0, найденных из зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия, полученной путем инструментального индентирования, получение кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии путем подстановки вычисленной указанным образом максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца в формулу, связывающую глубину вдавливания индентора и вдавливающее усилие, и вычисления разности ΔL усилий между усилием L1, соответствующим максимальной глубине вдавливания индентора на кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии, и максимальным вдавливающим усилием L0, и вычисление остаточного напряжения в образце путем подстановки вычисленной разности ΔL усилий в формулу для вычисления остаточного напряжения.

Изобретение относится к механическим испытаниям, предназначенным для определения свойств металла, проявляющихся при пластическом деформировании в технологических операциях холодной обработки металла давлением (ХОМД).

Изобретение относится к области испытаний строительных изделий. Стенд содержит опорную трубу с центральным сквозным отверстием для соосного вертикального размещения в нем арматуры и с днищем для опирания нижнего конца арматуры.

Изобретение относится к производству строительных материалов. Способ включает подготовку пресс-порошка, прессование образца, фиксацию изменений деформаций при сжатии, построение компрессионных кривых и проведение испытания, причем прессование осуществляют одностадийно и непрерывно, с переменными значениями давления прессования и формовочной влажности пресс-порошка, при этом требуемое оптимальное соотношение влажности и давления прессования определяют положением оптимальной точки на компрессионной кривой, лежащей на ее пересечении с отрезком, перпендикулярным хорде, соединяющей начальное и конечное значения интервала давления прессования на кривой, и проходящим через точку пересечения касательных к кривой в области заданного интервала давления прессования.

Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к образцам и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Изобретение относится к техническим устройствам для испытания грунтового основания фундамента штампом. Тензометрический секционный штамп содержит чувствительный элемент и измерительные приспособления для измерения контактного давления.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов на прочность и устойчивость, в частности к испытаниям образцов из органического стекла в условиях чистого сдвига.

Изобретение касается способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями в процессе эксплуатации. Сущность способа заключается в том, что проводят поминутное растяжение с постоянной скоростью образцов синтетических нитей с одновременным воздействием электрическим током. Далее проводят поминутное измерение значений растягивающих напряжений и значения электрического сопротивления с одновременным вычислением значений удельного электрического сопротивления по формуле , где R - электрическое сопротивление нити, L≤2 мм - расстояние между контактами, b - толщина нити, d - ширина образца; причем полипропиленовую нить с углеродными наполнителями растягивают до достижения значения удельного электрического сопротивления ρ=109 Ом⋅м. По полученному значению максимального растягивающего напряжения с учетом усреднения по формуле: где σi - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, судят о сохранении антистатических свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями. Использование способа позволяет спрогнозировать сохранение антистатических свойств материалов в процессе многократного растяжения полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями 6 табл., 1 ил.
Наверх